Мыльные пузыри
Шрифт:
Вам, вероятно, известен способ удаления с костюма жирных пятен стеарина горячим ножом или утюгом и пропускной бумагой.
Здесь происходит явление подобного же рода.
Плавающий на воде кусочек чистой камфары представляет собою другой пример движения, обусловленного изменением в силе натяжения водной оболочки, на которую действует растворяющаяся в воде камфара.
Наиболее удачный результат при опытах с камфарой получается, если взять большой сосуд с совершенно чистой водой и затем, держа камфару над водой, слегка соскабливать ее уголки ножом. Тогда крошечные кусочки камфары, падая на поверхность воды, начнут проявлять поразительную подвижность. Однако, вода должна быть для этого почти совершенно свободной от жира: простого прикосновения пальцем достаточно, чтобы прекратить движение кусочков камфары. Рэлей определил вес масла, «убивающего» камфару на поверхности воды в большой ванне, и нашел этим путем, что, когда слой масла едва достигает толщины в две миллионных
Опыт с камфарой может убедить нас, что крошечная капелька масла распространяется почти моментально по поверхности воды в большом сосуде. Сила натяжения поверхностной оболочки чистой воды больше, чем вместе взятые силы натяжения масла в соприкосновении с воздухом и воды в соприкосновении с маслом. Поэтому-то масло распространяется сразу по поверхности воды, принимая те же цвета, как и мыльные пузыри, затем слой масла делается таким тонким, что и цвета пропадают.
Может быть, и всем знакомый, в высшей степени неприятный вкус касторового масла обусловливается его свойством обволакивать всю полость рта; вероятно, и свойство имбирного вина ослаблять этот неприятный вкус зависит от того, что алкоголь вина уменьшает силу поверхностного натяжения слюны во рту, отчего масло уже не проникает во все уголки и складки, а проскальзывает в желательном направлении подобно устрице. Разумеется, вкус вина играет при этом большую роль, но его одного едва ли было бы достаточно, чтобы заглушить неприятный вкус касторового масла.
Почему утихают волны под действием масла?
Помимо свойства распространяться по поверхности воды, масло производит еще одно удивительное действие: оно препятствует образованию зыби под влиянием ветра. Когда волна, каких бы она ни была размеров, движется, ее крутая поверхность, находящаяся впереди гребня, сокращается, в то время как задняя поверхность растягивается. На этой увеличивающейся поверхности слой масла оказывается более тонким, я сила поверхностного натяжения воды здесь будет больше. Напротив, когда поверхность становится меньше, слой масла утолщается и сила натяжения водной оболочки ослабевает. Таким образом, на каждой стороне волны возникают силы, направленные на уничтожение волны. Правда, они мало ощутительны для больших волн, но они влияют тем заметнее, чем меньше волны. Вот почему волнение воды и влияние ветра на водную поверхность так сильно изменяются в присутствии слоя масла. Если кому-либо из вас приходилось продолжительное время плавать на яхте, тот мог наблюдать, как удивительно долго сохраняется гладкое пятно в том месте на поверхности воды, куда вы вылили масло из коробки от сардин.
Однажды я проделал такой опыт в очень ветреный день на пруду в Гайд-парке. На поверхность воды была вылита ложка оливкового масла. Здесь сейчас же образовалась большая полоса масла — от 20 до 30 метров в поперечнике, причем ясно можно было видеть, что слой масла препятствовал образованию зыби. Так как гладкая полоса была в тысячу раз больше в длину и в тысячу раз больше в ширину, чем ложка, то толщина слоя масла на поверхности воды должна была приблизительно составлять 1/1000000 часть толщины слоя масла в ложке, или около двух миллионных миллиметра. Таким образом, действие масла на волнующуюся поверхность пруда вполне очевидна.
Я не сомневаюсь, что стоит только купающимся по утрам посмотреть в ветреный день по направлению ветра на воду, как они увидят, что их тело производит то же действие, что и масло. По той же самой причине и след от парохода виден так долго на воде в форме гладкой ленты.
Приведу еще лишь один пример. Когда вы пишете акварельными красками на жирной бумаге или на некоторых полированных поверхностях, то краска не ложится ровно на бумагу, а собирается в капельки, но достаточно прибавить к ней очень немного бычьей желчи, чтобы она стала ложиться превосходно; желчь настолько уменьшает поверхностное натяжение воды что она начинает смачивать такие поверхности, которых не смачивает чистая вода. Это ослабление поверхностного натяжения вы можете наблюдать, если я в третий раз воспользуюсь нашей проволочной сеткой. Эфир теперь испарился, и я снова могу погрузить сетку в воду так, что она будет удерживаться под поверхностью. Но стоит мне коснуться воды кисточкой, смоченной желчью, и сетка, как раньше, сразу выскакивает наверх.
Ослабление поверхностного натяжения воды можно показать еще на одном простом опыте. Вот у нас в стакане несколько личинок комара; как только мы коснемся поверхности чистой воды мылом или желчью, мы увидим, что личинки не в состоянии будут более удерживаться у поверхности своими дыхательными трубочками. Если на поверхность воды в бассейнах, прудах и других водоемах налить керосина, масла и т. п., личинки комаров и москитов погибнут. Этот способ теперь широко применяется с целью борьбы с малярией и другими болезнями,
Нет никакой необходимости доказывать дальше, что поверхность жидкости проявляет в этом случае такие свойства, как будто она с некоторой, вполне определенной силой обтянута совершенно упругой перепонкой.
Капли жидкости
Возьмем теперь немного воды, сколько может уместиться в ореховой скорлупе, и выльем воду. Разумеется, вода, ударившись о землю, расплеснется отдельными капельками. А теперь возьмем такое же количество воды и осторожно перенесем его в виде одной большой капли на кусок парафина, посыпанный сверху порошком ликоподия, который не смачивается водой. Что произойдет в этом случае? Вес капли прижмет ее к парафину и расплющит в плоскую лепешку. Что случилось бы, если бы можно было устранить действие тяжести? В этом случае капля испытывала бы действие только своей упругой оболочки, которая стремится придать капле такую форму, чтобы поверхность ее стала возможно меньшей. Она получила бы форму совершенно правильного шара, так как поверхность его и будет наименьшей из всех возможных при данном объеме. Например, если бы мы взяли капельку воды размером с булавочную головку, тогда вес, побуждающий каплю падать вниз или сплющиваться, стал бы значительно меньшим, между чем как величина поверхностного натяжения осталась бы прежней и имела бы большую формирующую способность, как это мы увидим далее. Поэтому поверхностное натяжение стало бы оказывать на форму капли более заметное влияние. Мы можем, следовательно, ожидать, что при достаточно малых размерах капли формирующая сила поверхностного натяжения будет в состоянии почти всецело противодействовать весу капли, и потому маленькие капельки должны иметь вид почти совершенно правильных шариков. Если ход этих рассуждений покажется кому-либо трудным, то один очень простой пример легко разъяснит дело. Вероятно, многие из юных читателей этой книги знают, как делается из бумаги коробочка, изображенная на рис. 14.
Рис. 14.
Вот одна такая бумажная коробочка емкостью в полбутылки, сделанная из небольшого куска газетной бумаги. Вы можете наполнить водой такую бумажную коробочку, носить ее, швырять с большой силой, и прочность бумажных стенок будет достаточна, чтобы удержать воду, пока коробочка не стукнется обо что-нибудь острое, причем бумага, разумеется, лопнет и вода выльется. Если же сделать подобную коробку из целого листа газетной бумаги, то она едва будет в состоянии удержать вес налитой в нее воды. Такую коробку можно наполнить водой, переносить ее, уронить с некоторой высоты, но уже нельзя ни трясти, ни бросать. Совершенно по той же причине слабая перепонка жидкости не может оказать заметного влияния на форму большого количества жидкости, тогда, как маленькая капелька под ее влиянием принимает такую правильную шарообразную форму, что на глаз вы не обнаружите в ней никаких неправильностей. Еще лучше это можно Наблюдать на капельках ртути. В большом количестве ртуть принимает вид лепешки, но, если вылить эту же ртуть на стол, чтобы она распалась на мелкие капельки, они примут совершенно правильную шарообразную форму. To же различие можно наблюдать и на крупинках золота (рис. 15).
Рис. 15.
Они теперь тверды, но предварительно были расплавлены, а потом затвердели. Из рисунка видно, что крупная капля золота сплющена собственным весом, а маленькая капелька представляется совершенно круглой. То же самое можно наблюдать и на капельках воды, если лить ее на поверхность стола, посыпанную ликоподием или другим веществом, не поддающимся смачиванию. Струйка воды, разбиваясь о поверхность стола, будет катиться по ней в виде маленьких правильных шариков. В жаркий день можно проделать этот опыт на пыльной дороге, брызгая на нее из лейки.
Если бы можно было устранить влияние веса жидкости, т. е. той силы, с какой она притягивается землей, то и большие капли принимали бы такую же правильную шарообразную форму, как и маленькие. Это было впервые показано на красивом опыте Плато. Он взял две несмешивающиеся жидкости, одинаково тяжелые, и поместил некоторое количество одной из них внутри другой. Спирт легче масла, тогда как вода, тяжелее его, но надлежащая смесь спирта и воды так же тяжела, как и масло, а потому масло, помещенное внутри такой смеси, не будет стремиться ни всплывать вверх, ни опускаться на дню. Перед фонарем я установил стеклянный ящик, содержащий смесь спирта и воды, и с помощью трубки медленно вливаю внутрь этой жидкости масло. Вы видите, что, как только я удаляю трубку, масло принимает форму правильного шара с диаметром, определяющимся количеством масла (рис. 16).